客車底盤發(fā)動機懸置設計與研究

張亞飛

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客車底盤發(fā)動機懸置設計與研究

張亞飛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

發(fā)動機懸置設計對汽車的平順性、發(fā)動機的工作性能都很重要。文章主要介紹了發(fā)動機懸置的幾種典型結(jié)構(gòu)型式和設計時應注意的問題。

客車；發(fā)動機；懸置設計

引言

懸置系統(tǒng)本身的振動情況極為復雜，本文在滿足設計精度的基礎(chǔ)上對部分參數(shù)進行了簡化處理，如：發(fā)動機冷卻、進、排氣系統(tǒng)各類管件對懸置系統(tǒng)剛度有一定影響，車架、懸置支架忽略了其剛度特性簡化為絕對的剛體等等。

匹配自產(chǎn)柴油機HFC4DA1-2C+LC5T35變速器動力總成的各系列車型為我公司核心產(chǎn)品，本文重點就其懸置系統(tǒng)進行了設計、校核。

1 懸置系統(tǒng)的功用

發(fā)動機懸置系統(tǒng)由隔振元件和連接件組成，一般來講懸置系統(tǒng)需滿足以下要求：

1.1 隔離振動

在發(fā)動機所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，發(fā)動機產(chǎn)生的振動必須通過懸置系統(tǒng)加以隔離，盡可能降低傳遞給汽車底盤和車身的振動。同時，懸置系統(tǒng)還必須隔離由道路不平引起的車輪、懸掛系統(tǒng)的振動，避免發(fā)動機振動加劇，以滿足車輛運行時的平穩(wěn)性和舒適性。

1.2 發(fā)動機支承和定位

為了隔離振動，發(fā)動機被支承在幾個軟墊上，因而在發(fā)動機本身振動和外界作用力驅(qū)動下，發(fā)動機和底盤之間必然存在著相對運動。所以懸置系統(tǒng)必須具有控制發(fā)動機相對運動和位移的功能。

1.3 保護發(fā)動機

車輛在行駛過程中同時承受著動態(tài)負荷和沖擊負荷，懸置系統(tǒng)應具有保護發(fā)動機的能力，防止發(fā)動機上個別部位因承受過大的沖擊載荷而損壞。特別要保證發(fā)動機缸體后端面與飛輪殼的結(jié)合面上的彎曲力矩不超過制造廠規(guī)定的限值。此外，懸置系統(tǒng)應布置合理，并正確選擇軟墊剛度等參數(shù)，以保證能充分緩沖和抵御外力的沖擊，并消除薄弱環(huán)節(jié)。

1.4 克服和平衡因扭矩輸出而產(chǎn)生的反作用力

懸置系統(tǒng)必須有足夠強度。當發(fā)動機變速箱總成輸出最大扭矩時，能克服最大扭矩所產(chǎn)生的最大反作用力。懸置軟墊和支架在這種條件下都必須具有足夠的可靠性。

2 發(fā)動機懸置系統(tǒng)模型建立與設計計算

2.1 懸置模型的建立

針對自產(chǎn)柴油機HFC4DA1-2C + LC5T35變速器動力總成系統(tǒng)，建立懸置系統(tǒng)模型，如圖1所示：

圖1 懸置模型圖

懸置模型圖中具體參數(shù)如下：

表1 懸置模型參數(shù)表

其中：We——發(fā)動機濕重 Wt——變速箱濕重

R1——前懸置點力 R2——后懸置點力

L1——發(fā)動機重心We到前支撐力R1距離

L2——前支撐力R1到后支撐力R2距離

L3——缸體后端面X到后支撐力R2距離

L4——前支撐力R1到變速箱重心Wt距離

L5——缸體后端面X到變速箱重心Wt距離

發(fā)動機轉(zhuǎn)速n：800 rpm

氣缸數(shù)i：4

2.1.1彎矩計算

以發(fā)動機前支承為旋轉(zhuǎn)中心列力矩平衡方程，有

由發(fā)動機懸置裝置受力平衡，有

飛輪殼后端面的彎矩為：

將發(fā)動機相關(guān)參數(shù)代入式（1）、式（2）、式（3）有：

R2＝92.21 kg

R1=285.79 kg

WX＝137.52 kg

2.1.2軟墊剛度計算

發(fā)動機外激干擾頻率F

前懸置軟墊載荷P1

后懸置軟墊載荷P2

懸置系統(tǒng)的傳遞率T要求為前懸置10％，后懸置10％

懸置系統(tǒng)的自振頻率Fm計算

懸置軟墊靜變形S

前懸置軟墊的靜剛度Kf

后懸置軟墊的靜剛度Kr

一般情況下動靜剛度比為1.2～1.6，這里取1.4，則

前懸置軟墊的動剛度Kf'

Kf'=1.4·Kf＝509.2 N/mm

后懸置軟墊的靜剛度Kr'

Kr'=1.4·Kr＝164.3 N/mm

2.2 懸置軟墊的選擇

懸置系統(tǒng)設計中，最為重要的就是懸置軟墊性能參數(shù)的選擇及其空間安裝位置的確定，因此對懸置系統(tǒng)軟墊的相關(guān)設計、校核進行重點研究。

懸置軟墊的性能主要包括兩個方面：

一是彈性指標，用剛度K表示，剛度=負荷/變形。在進行懸置系統(tǒng)隔振性能計算時，軟墊剛度是不可缺少的參數(shù)；

此性能參數(shù)一般由軟墊生產(chǎn)廠家提供，根據(jù)其所提供的參數(shù)合理選擇。軟墊的彈性特性主要指軟墊的動剛度。橡膠軟墊的動剛度與靜剛度之間存在一定的比例關(guān)系，以λ表示橡膠軟墊的動、靜剛度之比，根據(jù)橡膠種類的不同，λ值也有所區(qū)別。

其中優(yōu)質(zhì)天然橡膠λ值為1.05~1.25，高阻尼天然橡膠λ值為3~4，合成橡膠λ值為8~9，橡膠軟墊一般選擇優(yōu)質(zhì)天然橡膠。

3 發(fā)動機懸置有關(guān)支架的設計

根據(jù)懸置膠墊的形式和發(fā)動機布置在整車的空間位置關(guān)系，進行發(fā)動機懸置支架設計。在設計過程中，要注意借鑒以往的設計成果，盡量借用以往的成熟結(jié)構(gòu)，同時需注意如下幾個方面：

3.1 方便安裝

方便安裝是發(fā)動機懸置有關(guān)支架設計的重要原則，需綜合考慮多方面的因素，合理確定發(fā)動機相對于車間在高度方向的位置。

3.2 支架與周圍零部件的干涉問題

懸置軟墊和懸置支架確定以后，發(fā)動機的位置也就確定下來，這樣要檢查發(fā)動機與周圍的零部件的干涉問題。如，發(fā)動機倉、前橋、車架縱梁等。發(fā)動機與周圍部件之間的間隙應大于20mm，保證發(fā)動機在振動過程中不會有干涉問題。

4 結(jié)論

以上方法對其它系列車型均有指導意義，懸置系統(tǒng)的性能需通過試驗來進行評價。我們根據(jù)以上理論，先對標桿車懸置樣件進行分析，并進行相關(guān)試驗，再根據(jù)所選發(fā)動機的具體情況，針對性的匹配開發(fā)，節(jié)省了大量時間。目前，該項目整車已通過各項性能試驗這也說明上述理論在發(fā)動機懸置的設計中完全適用，而且準確性高，避免了浪費。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.

[2] 王望予.汽車設計.[M]機械工業(yè)出版社,2004.

[3] 郭榮,章桐.汽車動力總成懸置系統(tǒng)[M]同濟大學出版社,2013.

Design and research of chassis engine suspension

Zhang Yafei

( Anhui Jianghuai Automobile Co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

Engine suspension design is important for the smoothness of the car and the working ability of the engine. This paper mainly introduces the problems of the typical structural type and design of the engine suspension.

passenger car; engine; suspension design

B

1671-7988(2018)24-237-03

U463.1

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1671-7988(2018)24-237-03

U463.1

張亞飛，就職于江淮汽車輕型商用車研究院客車底盤研發(fā)部，主要從事客車總布置設計工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.085